Retos al Sellar Bombas de Lodos

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En la mayoría de procesos industriales es necesario transportar grandes cantidades de fluidos, para moverlos a menudo se emplean equipos de bombeo del tipo centrífugos que utilizan la energía mecánica de un motor y la convierten en energía cinética al imprimir velocidad al fluido mediante el rotor o impulsor que gira dentro de una carcasa de geometría especial conocida como voluta.

Los equipos de bombeo cuentan con elementos dinámicos y elementos estáticos, para poder controlar o evitar que el fluido bombeado se escape al medio ambiente, entre estos elementos se utilizan dispositivos de sellado; la empaquetadura mecánica de compresión y el sello mecánico se cuentan entre los dispositivos más utilizados para dicha tarea.

Dispositivos de Sellado

La variedad de fluidos que se transportan con equipos de bombeo centrífugos puede ser muy grande: fluidos limpios, lubricantes, viscosos, que tienden a vaporizar, que endurecen, que cristalizan, que contienen sólidos, etc.

En el ámbito industrial se define como “Lodo o Pulpa” a la mezcla de un líquido con partículas o elementos sólidos, estos Lodos/Pulpas a menudo se encuentran entre los fluidos más difíciles de sellar. En casi todos los procesos industriales existen bombas que desplazan lodos, en su gran mayoría suelen ser aplicaciones críticas y las plantas invierten mucho dinero para implementar dispositivos de sellado de alta gama o complejos sistemas de soporte que permitan obtener confiabilidad en estos equipos de bombeo. Algunos procesos industriales tienen como base el transporte de grandes cantidades de Lodos/Pulpas, llegando a contar con bombas de Lodos/Pulpas que representan hasta un 80% de su población total de bombas, algunos ejemplos de estos procesos industriales se encuentran en la  Minería y Procesamiento Mineral, Papel y Celulosa, Aguas Residuales, Ingenios Azucareros,  entre otros. Es común que existan plantas en las cuales debido a la complejidad de manejar poblaciones tan altas de bombas tan difíciles de sellar, se deje de lado la confiabilidad y se implementen programas de mantenimiento de alta recurrencia enfocados en su mayoría en atender las fallas de los equipos de bombeo.

De forma general, todos los dispositivos de sellado requieren de un ambiente adecuado para operar de forma confiable, dicho ambiente debe tener las siguientes condiciones:

  • Limpieza
  • Lubricante
  • Temperatura adecuada (en la mayoría de los casos se requiere un ambiente fresco)

La falta de cualquiera de estas 3 condiciones tendrá un impacto directo sobre la confiabilidad del sistema. Los Lodos/Pulpas son tan difíciles de sellar debido a que en primera instancia proveen al dispositivo de sellado un ambiente que no es limpio, pueden llegar a marginar el nivel de lubricación disponible y con el paso del tiempo esto tiene un impacto negativo sobre la temperatura del fluido, generando así un ambiente completamente destructivo para el dispositivo de sellado.

Nota: muchos Lodos/Pulpas pueden llegar a ser altamente corrosivos incrementando la dificultad al sellarlos.

Tipos de Lodos / Pulpas

Cuando se maneja algún Lodo/Pulpa, el primer paso para seleccionar el dispositivo de sellado y sistema de soporte adecuado es entender las características de dicho fluido y así poder identificar los retos más significativos que se encuentran presentes, solo entonces será posible seleccionar la mejor tecnología con base en lo crítico de la aplicación, la capacidad de inversión disponible y el impacto en los programas de mantenimiento, eficiencia y costos operativos de la planta.

Tipos de Lodos

Las principales características que se deben conocer del Lodo/Pulpa son las siguientes:

  • Tipo de Lodo/Pulpa
  • Geometría de las partículas sólidas
  • Tamaño de las partículas sólidas
  • Dureza de las partículas sólidas

El punto de partida para entender al Lodo/Pulpa es conocer el tipo al que pertenece. Existen diversas formas de clasificar a los Lodos/Pulpas, para fines prácticos y tomando como eje central el dispositivo de sellado se recomienda utilizar la siguiente clasificación:

  • Lodos/Pulpas
    • Características
      • Se caracterizan porque las partículas sólidas tienden a sedimentar o precipitarse cuando el fluido se encuentra estático o con un bajo rango de movimiento.
      • La distribución de las partículas sólidas no es uniforme.
      • Las partículas sólidas son más densas que el medio líquido en el que están contenidas y suelen tener un tamaño por encima de 0.003” (75µm).
      • Se comportan como fluidos newtonianos y fluirán independientemente de las fuerzas que actúen sobre ellos.
    • Fluidos más comunes:
      • Lodos/Pulpas en minería y procesamiento mineral
      • Agua con arena
      • Bauxita
      • Residuos de carbón
    • Retos de sellado
      • Debido a la gran diferencia en densidades es fácil separar el líquido del sólido, esto tiene como beneficio que la porción líquida está disponible para proveer lubricación al dispositivo de sellado.
      • Suelen ser partículas grandes, si esto se combina con una alta dureza y geometrías afiladas se generan niveles de abrasión muy grandes sobre las fibras de la empaquetadura o sobre los componentes metálicos del sello mecánico y la bomba.
      • La abrasión y/o extrusión generada a las empaquetaduras ocasionará que se incrusten sólidos entre este elemento y la camisa, generando desgarres y falla prematura.
      • La abrasión sobre los componentes metálicos del sello mecánico pueden llegar a ocasionar perdida de tolerancias en áreas críticas como los alojamientos de los o’rings y las caras.
      • Cuando las partículas sólidas son muy finas tienden a sedimentar de forma muy crítica, al ocurrir este efecto en el área de la cámara de sello se generaran alto torques que pueden fracturar las caras del sello mecánico. Si el asentamiento de las partículas es muy crítico puede impedir que la parte líquida del fluido llegue a las caras del sello mecánico ocasionando trabajo en seco.
      • Si el sello mecánico no tiene un diseño con el balance adecuado y con un bajo nivel de distorsión en las caras, entonces dichas caras pueden abrirse/separarse por algunos segundos durante la operación permitiendo así la entrada de partículas sólidas que ocasionaran escoriación severa.
Abrasion metal
  • Lodos/Pulpas No Sedimentables.
    • Características
      • Se caracterizan porque las partículas sólidas no sedimentan/precipitan y se mantienen en suspensión, aun cuando el fluido se encuentra estático.
      • Las partículas sólidas tienen una densidad similar a la del medio líquido en el que están contenidas y suelen tener un tamaño por debajo de 0.003” (75µm).
      • Se comportan como fluidos Sin embargo, cuando la cantidad de partículas por debajo de 0.00” (75µm) alcanzan o superan el 50% la viscosidad incrementa notablemente comportándose además como fluidos no newtonianos.
    • Fluidos más comunes:
      • Lechada de cal, lechada de yeso
      • Algunos jugos en el proceso de obtención de azúcar
      • Tiza
      • Hidratos
    • Retos de sellado
      • Debido a que se forma una mezcla viscosa homogénea existe menos líquido disponible para proveer lubricación al dispositivo de sellado.
      • Estos Lodos/Pulpas no disipan el calor de forma adecuada por lo que se generan incrementos en la temperatura alrededor del dispositivo de sellado.
      • Tienden a cristalizar o polimerizar ante el incremento de temperatura generando residuos que marginan aún más la lubricación y pueden generar abrasión.
      • Debido al tamaño tan pequeño de partícula, los sólidos pueden entrar entre las caras del sello mecánico y migrar a través de ellas llegando al lado atmosférico del sello, una vez ahí se acumulan hasta llegar a los resortes y con el paso del tiempo los obturan impidiendo que hagan su función, permitiendo así que ante movimientos del eje o paradas del equipo las caras del sello mecánico se separen y tengan una gran fuga.
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  • Lodos/Pulpas
    • Características
      • Se caracterizan porque las partículas sólidas suelen ser de naturaleza orgánica y menos densas que la porción líquida, por tanto se mantienen suspendidas.
      • Los sólidos a menudo son fibras o celulosas.
      • Tienen una buena cantidad de porción líquida para proveer lubricación al sistema de sellado
    • Fluidos más comunes:
      • Pulpa de papel y celulosa
      • Aguas residuales municipales
      • Latex y pinturas
      • Pasta de dientes
      • Almidones, cascarilla de maíz
    • Retos de sellado
      • Los sólidos absorben el calor y lo retienen, no lo disipan a través del líquido lo que ocasiona incremento en la temperatura. El líquido puede llegar a evaporar en la caja prensa estopas
      • Los sólidos absorben al líquido, pero cuando son presionados contra alguna superficie liberan al líquido y se deshidratan, cuando esto ocurre tienden a adherirse a la superficie contra la cual fueron presionados, formando capas que impiden el paso del líquido. Este efecto suele ocurrir en paredes de tuberías, voluta y también en las caras del sello mecánico o entre la empaquetadura y la camisa, cuando esto sucede el sello o la empaquetadura pueden trabajar en seco y fallar en un tiempo muy corto.
      • Tienen alta capacidad de obstruir a los resortes e impedir el movimiento de las caras del sello mecánico
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Para poder superar estos retos al trabajar con Lodos/Pulpas existen diferentes características de diseño, construcción y materiales aplicados a las tecnologías de Empaquetaduras y Sellos Mecánicos. Sin embargo, en muchos casos esto no es suficiente para lograr niveles adecuados de confiabilidad, por tanto se debe utilizar algún sistema de soporte auxiliar que proporcione un ambiente favorable al dispositivo de sellado.

En los siguientes artículos de este blog se proporcionará información de cómo decidir entre el uso de Empaquetadura o Sello Mecánico dependiendo de las condiciones de la aplicación, así como una radiografía de las tecnologías y materiales de dispositivos de sellado disponibles en el mercado en general, los sistemas de soporte aplicables y como integrarlo todo en un sistema que aporte el nivel de confiabilidad y seguridad deseado.

Si desea recibir asistencia para seleccionar las mejores soluciones de sellado para bombas de lodos, no dude en ponerse en contacto con nuestros expertos.

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Rene
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